CHAPITRE II
14. Le fluide calorifique. — L'état des sciences mathématiques vers la fin du xvu° siècle permettait donc de prévoir que, au moins dans un grand nombre de cas, il y a conservation de l'énergie dans les phénomènes mécaniques.
Mais pendant que les mathématiciens perfectionnaient leurs méthodes et assuraient, par des raisonnements rigoureux, des fondements solides aux principes de la Mécanique, les physiciens éludiaient la Chaleur et préparaient ainsi, conjointement avec les mathématiciens, le principe de l’'équivalence.
Malheureusement à cette époque les fluides hypothétiques tenaient une place prépondérante dans l'explication des phénomènes physiques. Avec le mot fluide s’introduisit l’idée d’indestructibilité, Le fluide calorifique, les fluides électriques étaient donc supposés indestructibles. Cette hypothèse ne pouvait avoir aucune conséquence fâcheuse sur le développement de l'électricité, puisque plus tard elle à été reconnueexacte.Il en
fat autrement pour la Chaleur : l'hypothèse dela conservation
du calorique est fausse et elle empêcha pendant de longues années tout progrès marqué dans cette branche de la physique. Nous ne tarderons pas à en démontrer l'inexactitude, mais il nous faut auparavant présenter deux notions indispensables à
l'étude de la chaleur : la température et la quantité de chaleur.
45. Température. — Lorsque deux corps sont mis en présence on observe généralement un changement de volume de chacun d'eux; au bout d'un temps plus ou moinslong cette variation de volume cesse de se produire.
Par définition, deux corps sont à des {empéralures égales ou en équilibre de lempérature lorsque, mis en présence, ils n’éprouvent aucune variation de volume.
Pour que cette définition soit acceptable il faut que si deux corps À et B sont séparément en équilibre de température avec un troisième C, ils soient également en équilibre de tempé-
rature entre eux. C’est ce que l’expérience vérifie.
16. Pour mesurer les températures une autre convention est nécessaire. Nous conviendrons que la température d’une masse
de mercure occupant un volume V est donnée par la relation
Le V — V, t — 100 Ÿ, LE V,’
V, étant le volume de masse lorsqu'elle est en équilibre de température avec la glace fondante, V, son volume lorsqu'elle est en équilibre de température avecla vapeur d’eau bouillante. La température est dite alors exprimée en degrés centigrades
Lorsque nous voudrons évaluer la température d'un corps quelconque nous le mettrons en présence de cette masse de
mercure ; sl n'y a pas variation de volume, ces deux corps
sont, d’après la définition des températures égales, à la même température, et, pour avoir sa valeur, il suffit d'appliquer la relation précédente. À cause de son rôle la masse de mercure que nous venons de considérer est appelée {hermosmnètre.
En général lorsqu'on place un corps en présence d'un thermomètre il v a variation de volume des deux corps; par suite la température de chacun d'eux varie jusqu'à ce que l'équilibre de température soit atteint. En portant dans la relation qui définit la température le volume qu’occupe alors le corps thermométrique on n'obtient que la température correspondant à cet état d'équilibre. Nous voyons donc qu'à moins de conditions particulières la température à laquelle s'arrêtera le thermomètre ne sera pas exactement celle qu'avait le corps au moment où on l'avait mis en présence de ce
thermomètre.
17. Faisons observer que la convention adoptée pour la mesure des températures est entièrement arbitraire. Non seulement nous pouvons faire choix d’un autre corps que le mercure, mais encore nous pouvons prendre pour température, au lieu de la valeur { définie par la relation précédente, la valeur d’une fonction 4 —f ({) assujettie seulement à la condition de croître constamment en même temps que £. Cette dernière hypothèse permet en effet d'évaluer les températures, car si deux corps sont à des températures différentes #, el {, lorsqu'on adopte la convention énoncée plus haut, les valeurs 6, et 0, correspondantes sont aussi différentes ; de plus, si 4, est plus grand que #,, 6, est également plus grand que 6, puisque la fonction 6 est supposée croissante en même temps que é.
Nous verrons plus tard l’importance de cette remarque.
4s THERMODYNAMIQUE
18. Quantité de chaleur. — Possédant un moyen de mesurer les températures il est possible, à l’aide de nouvelles conventions, de mesurer les quantités de chaleur.
Si nous mettons en présence un corps À à une température t, et un corps Bà une température supérieure £,, l'expérience montre que la température du premier s'élève, tandis que celle du second s’abaisse. Nous exprimons ce fait en disant que B cède de la chaleur à A.
Dans certains cas, l'un des corps, B par exemple, peut ne pas changer de température ; c’est ce qui a lieu lorsque B est le siège d'un phénomène physique s’effectuant à température constante comme la fusion. Cependant nous admettrons encore qu'il y a échange de chaleur et, si la température de A s'élève, nous dirons que la chaleur est cédée à ce corps par B. Il peutmême arriver qu’un corps cède de la chaleur, bien que sa température continue à s'élever ; c'est ce qui arrive par exemple quand on comprime un gaz; ce gaz s’échauffe, bien que, devenu plus chaud que les corps avoisinants, il leur cède de la chaleur par rayonnement et par conductibilité.
Il est donc nécessaire de donner une définition plus précise et à l'abri de ces objections.
4° Si un corps {ou un système de corps) B, soustrait à toute action extérieure, subit un changement d'état quelconque, nous dirons que la quantité de chaleur reçue par ce corps B est nulle.
2° Si un corps B est mis en présence d’un corps À et que le svstème de ces deux corps soit soustrail à toute action extérieure ; s'il subit un changement d’élat 8 pendant que le corps À subit un changement d'état « ; si ensuite un autre
corps B’ est mis en présence du #ême corps A et qu'il subisse
un changement $' pendant que le corps A subit le méme changement «, c’est-à-dire part du même état initial, pour aboutir au même état final en passant par les mêmes états intermédiaires, nous dirons que la quantité de chaleur recue ou cédée par B pendant le changement $ est égale à la quantité de chaleur reçue ou cédée par B’ pendant le changement £".
3° Si un corps B est mis en présence de K kilogrammes du corps A et subit le changement $, pendant que ces K kilogrammes subissent le changement «; si ensuite le corps B estmis en présence de K’kilogrammes du même corps A, etsubit le changement $’ pendant que ces K’ kilogrammes subissent le même changement « ; nous dirons que la quantité de chaleur reçue par B dans le changement 6 est à celle que recoit B’ dans le changement 8 comme K est à K’.
4° Nous avons ainsi un moyen de définir le rapport de deux quantités de chaleur quand ce rapport est positif; pour étendre la définition au cas où ce rapport est négatif nous conviendrons de dire que la chaleur reçue par B dansle changement 8 est égale et de signe contraire à la chaleur reçue dans le changement inverse.
Pour que ces définitions soient acceptables, il faut que le rapport ainsi défini ne dépende pas du corps A employé pour le mesurer et du changement « subi par re corps A ; c'est ce qui n’est nullement évident a priori, mais ce que l'expérience confirme.
Le corps À employé à reconnaître l'égalité et l'inégalité des
quantités de chaleur se nomme le corps calorimélrique.
